2020-2021学年粤教版物理必修第一册第四章牛顿运动定律单元达标 (word版含答案解析）

第四章牛顿运动定律单元达标
一、选择题（21分）
（2020·期末·北京北京市东城区）起重机的钢索将重物由地面吊到空中某个高度，其速度
时间图象如图所示，则钢索拉力的功率随时间变化的图象可能是图中的哪一个
A．
B．
C．
D．
（2019·模拟·上海上海市青浦区）雨滴从高空静止下落，受到的空气阻力随雨滴速度的增大而增大，则下落过程中雨滴的速度随时间变化的规律是
A．
B．
C．
D．
（2019·期末·广东广州市海珠区）汽车通过如图所示的一段路面，其中
、
分别为水平路面，
为一段斜坡，全程路面的材质相同，各路段之间平滑连接。若汽车在从
到
的过程中发动机的功率始终保持不变，在三段路面上达到匀速行驶状态时速率分别为
、
、
。则以下关于汽车的速度随时间变化的图象中可能正确的是
A．
B．
C．
D．
（2020·模拟·北京北京市昌平区）如图所示，将轻质弹簧的一端固定在水平桌面上
点，当弹簧处于自由状态时，弹簧另一端在
点。用一个金属小球挤压弹簧至
点，由静止释放小球，随即小球被弹簧竖直弹出，已知
点为
的中点，则
A．从
到
过程中，小球的机械能守恒
B．从
到
过程中，小球的动能一直在增大
C．从
到
过程中，弹簧的弹性势能先增大后减小
D．从
到
过程弹簧弹力对小球做功大于从
到
过程
（2019·期中·北京北京市西城区）如图所示，质量为
的人站在体重计上，随电梯以大小为
的加速度上升，重力加速度大小为
。下列说法正确的是
A．人处于失重状态，人对体重计的压力大小为
B．人处于超重状态，人对体重计的压力大小为
C．人处于失重状态，人对体重计的压力大小为
D．人处于超重状态，人对体重计的压力大小为
（2019·期末·北京北京市顺义区）静止在光滑水平面上的物体受到一个水平拉力的作用，该力随时间变化的图线如图所示，则下列说法正确的是
A．物体在
内平均速度为零
B．物体在
内向一个方向运动
C．在
末物体又回到出发点
D．物体
末的速度最大
（2019·期末·北京北京市石景山区）在探究牛顿运动定律的实验中，若
、
两个相同的小车所受拉力分别为
、
，车中所放砝码的质量分别为
、
，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为
、
，则在实验误差允许范围内，有
A．当
、
时，
B．当
、
时，
C．当
、
时，
D．当
、
时，
二、填空题（15分）
（2019·期末·陕西西安市碑林区）如图所示，车内绳
与绳
拴住一个小球，
绳水平，小车由静止向右作匀加速直线运动，小球仍处于图中所示位置，则
绳的拉力
，
绳的拉力
。（填变大、变小或不变）
（2019·期末·上海上海市）物体在水平地面上受到水平推力的作用，在
内力
的变化和速度
的变化如图所示，则物体的质量为
，物体受到的阻力是重力的
倍。
（2019·单元测试）如图所示，为一辆名为“突击超音速”的喷气式汽车，在水平车道上从静止加速到速度为
只需
，如果认为在这段过程中汽车做匀加速直线运动，那么汽车的加速度大小是
，汽车加速时驾驶员紧靠着竖直椅背，他受到的椅背推力是他的体重的
倍。
（2021·专项）如图所示，在光滑水平面上叠放着
、
两物体，
的质量
,
的质量
。现对
施加逐渐增大的水平向右拉力
，当
超过
后，
、
发生相对滑动。已知重力加速度
，最大静摩擦力就等于滑动摩擦力，则
、
间的动摩擦因数
；当拉力增大到
时，
的加速度为
。
（2019·期中·上海上海市杨浦区）质量为
的质点在外力作用下沿直线运动的
图象如图所示。则前
内外力功率的最大值为
，
内外力的平均功率为
。
三、解答题（30分）
（2020·模拟·广东广州市）如图甲，长
、质量
的木板静置在粗糙水平面上，木板与水平面之间的动摩擦因数
，木板的上表面由不同材料构成。质量
的小物块静止在木板左端的
点，物块与木板
段、
段、
段之间的动摩擦因数分别为
、
和
。从
开始对物块施加一水平拉力
，
随时间
变化关系如图乙所示，取水平向右为正方向。已知
、
段长度分别为
、
，重力加速度
。求：
(1)
物块到达木板上表面
点时的速度大小
；
(2)
第
内物块与木板之间的摩擦产生的热量
；
(3)
最终物块与木板都静止时，物块距木板右端
的距离
。
（2019·学业·北京北京市）如图所示，一个质量
的物体放在光滑水平地面上，对物体施加一个
的水平拉力，使物体由静止开始做匀加速直线运动。求：
(1)
物体加速度
的大小。
(2)
物体开始运动后
内通过的距离
。
（2019·期末·广东深圳市）有关交通法则规定：高速公路上行驶汽车的安全距离为
，汽车行驶的最高速度为
。①驾驶员的反应时间在
之间：②各种路面与轮胎之间的动摩擦因数如表所示，取
，请你解决几个问题。
(1)
在计算中，驾驶员的反应时间应该取多少？为什么？
(2)
在计算中，路面与轮胎之间的动摩擦因数应该取多少？为什么？
(3)
通过你的计算来说明
为必要的安全距离。
四、多选题（16分）
（2019·期末·陕西西安市碑林区）如图（甲）所示，物体原来静止在水平面上，今用一水平外力
拉物体，在外力
从
开始逐渐增大的过程中，物体先静止后做变加速运动，其加速度
随外力
变化的图象如图（乙）所示，根据图（乙）中所标示数据可计算出
A．物体的质量
B．物体与水平面之间的滑动摩擦力
C．物体与水平之间的最大静摩擦力
D．在外力
为
时，物体的速度最大
（2019·期末·山西朔州市应县）如图所示，倾角
的光滑斜面体上有一个小球
被平行于斜面的细绳系于斜面上，斜面体在水平面上沿直线运动，不计空气阻力，，已知：，，则下列说法正确的是
A．若斜面体匀速运动，小球对斜面一定有压力
B．若斜面体向左匀加速运动的加速度为
，小球对细绳一定有拉力
C．要使小球对斜面无压力，斜面体一定向右加速运动
D．若斜面体以
的加速度向右做匀加速运动，细绳与竖直方向的夹角一定为
（2021·专项）某实验小组利用
系统观察超重和失重现象。他们在学校电梯内做实验，在电梯天花板上固定一个力传感器，测量挂钩向下，并在钩上悬挂一个重为
的钩码，在电梯运动过程中，计算机显示屏上显示出如图所示图线，根据图线分析可得出的正确说法是
A．该图线显示了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况
B．从时刻
到
，钩码处于失重状态，从时刻
到
，钩码处于超重状态
C．电梯可能开始在
楼，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在
楼
D．电梯可能开始在
楼，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在
楼
（2019·模拟·广东广州市天河区）如图所示，相同质量的物块从底边长相同、倾角不同的固定斜面最高处同时由静止释放且下滑到底端，下列说法正确的是
A．若物块与斜面之间的动摩擦因数相同，物块在两斜面上损失的机械能相等
B．若物块到达底端时的动能相同，物块与倾角大的斜面间的动摩擦因数大
C．若斜面光滑，两物块一定同时运动到斜面底端
D．若物块与斜面之间的动摩擦因数相同，倾角大的斜面上的物块所受合力冲量大
五、实验题（20分）
（2020·单元测试·上海上海市）在“用
研究加速度和力的关系”的实验中。
(1)
在该实验中必须采用控制变量法，应保持
不变，用钩码所受的重力作为
，用
测小车的加速度。
(2)
改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出
关系图线，如图所示。
i
分析此图线的
段可得出的实验结论是：
。
ii
此图线的
段明显偏离直线，其主要原因是：
。
（2019·期末·北京北京市西城区）用如图所示的实验装置研究小车质量一定的情况下，加速度与力的关系。主要实验步骤如下：
A．如图所示，安装实验器材；
B．调节轨道的倾角，轻推小车，使小车恰能做匀速直线运动；
C．在小桶内放入适量细砂，测出小桶和砂的总质量；
D．将小车放于靠近打点计时器处，将小桶通过细绳挂在小车上，接通电源，释放小车，得到
一条打好点的纸带；
E．保持小车的质量不变，改变小桶及砂的质量，再做几次实验；
F．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带的加速度
；
G．将各次实验中的数据填入表中，做出
图象。结合上述实验步骤，请你完成下列任务：
(1)
在下列实验器材中，需要使用的有
和
（填选项前的字母）。
A．电压合适的
交流电源
B．电压可调的直流电源
C．刻度尺
D．秒表
(2)
在步骤B中，通过调节垫块的位置，来调节轨道斜面的倾角，这样做的目的是
。
(3)
利用纸带计算出小车的加速度，将计算结果填入表格。
i
以加速度
为纵轴、力
为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图所示。请在该图中用“+”标出第
条纸带对应的坐标点，并画出
图象。
ii
观察
图象，可以判断小车的加速度
与力
的关系是成
（填“正比”或“反比”）。
iii
根据你完成实验的实际情况，
图象的斜率应与
有关。
答案
一、选择题
1.
【答案】B
【知识点】功率、由运动情况判断物体的受力情况
2.
【答案】D
【知识点】v-t图像、利用牛顿运动定律解决的变力问题
3.
【答案】A
【解析】汽车的发动机功率不变，开始在平直公路上匀速行驶时，牵引力等于阻力，斜坡
上运动时，由于牵引力小于重力沿斜面向下的分力和摩擦力之和，汽车做减速运动，由于
不变，根据
知，速度减小，牵引力增大，即做加速度减小的减速运动，当加速度减为零后做匀速直线运动。
进入水平面
后，牵引力大于摩擦力，汽车做加速运动，根据
知，速度增大，牵引力减小，做加速度减小的加速运动，当加速度减为零后做匀速运动，最终匀速运动的速度与开始在
面上匀速运动的速度相等。故A正确，BCD错误。
【知识点】功率、由受力情况判断物体的运动情况
4.
【答案】D
【知识点】利用机械能相关知识解决弹簧问题、利用牛顿运动定律解决的弹簧问题
5.
【答案】D
【解析】由题，人与电梯一起加速上升，故
方向向上，人处于超重状态，
对人受力分析：
，
得
，
故选D。
【知识点】超重与失重
6.
【答案】B
【知识点】由受力情况判断物体的运动情况
7.
【答案】A
【知识点】滑板探究加速度与力和质量的关系
二、填空题
8.
【答案】不变；；
【解析】当小车静止时，小车受到竖直向下的重力、水平向右的拉力
和斜向左上的拉力
的作用而保持平衡，由牛顿第二定律，得∶
，
解得：，
当小车向右作匀加速直线运动时，小车受到竖直向下的重力、水平向右的拉力
和斜向左上的拉力
的作用与小车一起向右作匀加速直线运动，由牛顿第二定律，得∶
，
解得∶
，
故
上的拉力
不变，
上的拉力
变大。
【知识点】牛顿第二定律
9.
【答案】；；
【知识点】v-t图像、由运动情况判断物体的受力情况
10.
【答案】；；
【知识点】由运动情况判断物体的受力情况
11.
【答案】；；
【解析】由题意可知，当力
时
间可提供足够大摩擦力，
、
相对静止。
当
时，对
整体，由牛顿第二定律得：
解得：
对
由牛顿第二定律得：
又
①②③联立解得：
当拉力增大到
时，对
，由牛顿第二定律得：，解得：。
【知识点】连接体问题、牛顿第二定律
12.
【答案】；；
【解析】物体运动的加速度：；合外力
；则前
内外力功率的最大值为
；
内的平均速度：；
内外力的平均功率为
。
【知识点】功率、v-t图像、由运动情况判断物体的受力情况
三、解答题
13.
【答案】
(1)
(2)
(3)
【解析】
(1)
在
时间即第
内，由图象可知拉力
，假设该段时间
内，物块一直在
段运动，设物块和木板末速度分别为
、
，物块和木板加速度分别为
、
，由牛顿第二定律，
对物块有
，
对木板有
，
解得：，，由于
，故物块相对木板向右滑动，
该段时间
内，
物块的位移：，
木板的位移：，
两者相对位移
，物块刚好到达木板上
点，假设成立；，
此时，物块和木板的速度分别为：
和
。
(2)
在
时间即第
内，由图象可知拉力
，假设该段时间
内，物块一直在
段运动，设物块和木板末速度分别为
、
，物块和木板的加速度分别为
、
，由牛顿第二定律，
对物块有
，
对木板有
，
解得：，，
则该段时间
内，
物块的位移：，
木板的位移：，
两者相对位移
，物块刚好到达木板上
点，假设成立；
此时物块和木板的速度分别为
，，
因此，第
内物块与木板之间摩擦生热：，计算得
。
(3)
在
时间即第
内，由图象可知拉力
，物块滑入木板表面
段后，假设该段时间
内，物块一直在
段运动，设物块和木板末速度分别为
、
，物块与木板加速度分别为
、
，由牛顿第二定律，
对物块有
，
对木板有
，
解得：，，
设经过
时间物块与木板共速，速度为
，由运动学公式：，
解得
，，
该过程
时间内
物块位移：，
木板位移：，
由于
，所以物块还在木板上，未到
点，假设成立；
之后，假设物块和木板共同减速，其加速度大小为
；此时，由
得物块受到摩擦力
，假设成立，即板块不再相对滑动，
再作用
时（即到
末），物块与木板共同速度为
，即恰好都停止。
最终物块到木板右端
点的距离为
。
附：整个过程的物块、木板的
图象参考如下：
【知识点】利用牛顿运动定律解决的板块模型、与机械能结合的板块模型
14.
【答案】
(1)
(2)
【解析】
(1)
根据牛顿第二定律
，可得物体产生的加速度：。
(2)
根据位移时间关系
知物体在
内的位移为：。
【知识点】由受力情况判断物体的运动情况
15.
【答案】
(1)
反应时间取
秒，以保证反应时间比较长的驾驶员安全
(2)
路面与轮胎之间的动摩擦因数取
，以保证最湿滑的路面都能安全行驶
(3)
动摩擦因数取
，以保证最湿滑的路面都能安全行驶。
根据牛顿第二定律得，刹车的加速度为：
。
安全距离：。
代入数据得：。
故安全距离为
是必要的
【解析】
(1)
在计算中反应时间取最长的，保证反应时间长的驾驶员安全。
(2)
动摩擦因数取最小的，动摩擦因数越小，加速度越小，刹车的距离越长，即保证最湿滑的路面都能安全行驶。
(3)
汽车在反应时间内做匀速直线运动，刹车后做匀减速直线运动，结合运动学公式求出安全距离，从而判断
的安全距离是否必要。
【知识点】由受力情况判断物体的运动情况
四、多选题
16.
【答案】A；B；D
【解析】A选项，B选项：对物体受重力、地面的支持力、向右的拉力和向左的摩擦力，
根据牛顿第二定律得：，
解得
，
由
与
图线，得到：
①②联立得，，，故A、B正确：
C选项：物体所受的滑动摩擦力为
，但滑动摩擦力小于最大静摩擦力，故无法求得最大静摩擦力，所以C错误；
D选项：由图可知，物体作变加速运动，速度一直增大，力最大的时候速度最大，故
时速度最大，故D正确。
【知识点】牛顿第二定律
17.
【答案】A；B；D
【知识点】连接体问题
18.
【答案】A；B；C
【解析】题图横轴是时间，纵轴是力，所以图线显示了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况，故A正确；从时刻
到
，物体受到的拉力小于重力，物体处于失重状态，加速度向下；从时刻
到
，物体受到的拉力大于重力，物块处于超重状态，加速度向上，故B正确；如果电梯开始停在高楼层，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼层，那么应该是拉力先等于重力、再小于重力、然后等于重力、大于重力、最后等于重力，故C正确；如果电梯开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层，那么应该从图象可以得到，拉力先等于重力、再大于重力、然后等于重力、小于重力、最后等于重力，故D错误。
【知识点】超重与失重
19.
【答案】A；B；D
【知识点】功能关系、由受力情况判断物体的运动情况、动量定理
五、实验题
20.
【答案】
(1)
小车的总质量；小车所受外力
(2)
i
在质量不变的条件下，加速度与外力成正比
ii
所挂钩码的总质量太大
【知识点】误差分析、数据处理、DIS系统探究加速度与力和质量的关系、原理设计与器材选择
21.
【答案】
(1)
AC
(2)
平衡小车受到的摩擦力，使细线对小车的拉力即为小车受到的合力
(3)
i
如图所示：
ii
正比
iii
小车质量
【知识点】数据处理、原理设计与器材选择、滑板探究加速度与力和质量的关系